喷雾干燥过程中粘壁怎么办？

摘 要：喷雾干燥是将料液分散为细小的雾滴，并在热干燥介质作用下形成干燥产品的技术，但在喷雾干燥过程中，被干燥的物料粘在干燥塔内壁上，称之为粘壁，而粘壁现象会使操作周期延长，生产能力下降。所以，本文对喷雾干燥粘壁的类型和原因进行了分析。并按照分析，提出了各类延缓、解决粘壁现象的措施与办法。
喷雾干燥工艺示意图关键词：物料干燥；物料粘壁；干燥塔喷雾干燥是一种已被工业界广泛接受的干燥工艺，从最早的奶粉喷雾干燥至今已经有一百多年的历史[1]。但是，在目前的实际应用中依然存在着诸多问题，其中最常见的则是干燥塔内的粘壁问题[2,3]。本文试图从掌握的国内外关于喷雾干燥粘壁问题的研究着手，介绍此领域内的最新研究进展，并且对近几年来发表的不同研究人员的研究成果、受关注的研究方向等方面进行归纳总结，希望对本领域的研究人员和读者能有所启发。一、喷雾干燥粘壁类型及其产生的原因物料粘壁可粗略地分为3种类型[4,5]:半湿物料粘壁、低熔点物料的热熔性粘壁、干粉表面粘附(或称表面附灰)。1、半湿物料粘壁喷出的液滴在没有达到表面干燥之前就和塔壁接触，因而粘在热壁上。粘壁的物料越积越厚，在达到一定厚度时便以块状形式自由脱落。这种类型的粘壁往往造成块状物料表面被烧焦，而内部含湿量却超标的现象，影响正常生产。造成半涅物料粘壁的原因有:1.1、雾化器结构、安装与操作问题1.1.1、当雾化器的气体通道和液体通道的轴心不重合(即不同心)时，这时喷雾锥是不对称的圆锥形，气体通道变小的地方产生粗雾滴，当大液滴还没有达到表面干燥时就碰到壁上而粘住。这种比较普遍存在的偏流现象，主要因产品加工质量不佳、长时间操作而磨损及结构设计不合理造成。1.1.2、雾化器在安装过程中，如果雾化器产生过大的偏离、多喷嘴雾距有重叠、倾斜喷雾直接喷射至对面塔壁，都将要产生局部严重粘壁情况。1.1.3、对设备进行实际操作过程中，由于日常损耗，雾化器喷嘴有磨损、堵塞等情况出现，造成雾化效果差，造成粘壁现象。1.2、喷雾干燥塔结构间题1.2.1、在喷雾干燥过程中，有3种雾化器(气流式、压力式及旋转盘式)[7]可以选择，喷雾干燥塔结构必须与此相适应，若塔在设计中高度不够、直径不足，雾滴直径喷射到塔体壁上，造成粘壁。1.2.2、分风器设计不合理，造成塔体内温度不均，温度低的地方容易造成粘壁。1.2.3、塔体内保温效果差，造成粘壁。1.3、热风在塔内的状态(只讨论与粘璧有关的)间题1.3.1、由于气压等问题，热空气进塔后偏流，造成塔局部位置粘壁。2、低熔点物料的热熔性粘壁热熔性粘壁决定于在干燥温度下颗粒的性质，颗粒在干燥温度下熔融发粘，导致粘附在热壁上，其产生的主要原因，是由于干燥物料的软化点低于干燥温度，造成粘壁[3,6]。1.3干粉表面粘附(或称表面附灰)喷雾干粉由于颗粒细小,比表面积大,在喷雾塔这个有限的空间内运动,总有些颗粒碰到器壁而粘附其上。这是不可避免的。此类粘壁不构成坚固层，并且厚度很薄。粉尘很容易地用空气吹掉。或者轻微的敲打震掉。此类粘壁不影响正常生产。表面积灰的程度取决于壁的几何形状、清洁状况、局部的(该处的)空气速度以及颗粒与壁的静电力等。内壁抛光的表面则是非常理想的[7]。喷雾干燥在实际操作过程中可能以一种粘壁类型为主，也可能几种类型的粘壁都比较严重。所以在生产中要根据具体情况，有针对性的加以分析，对它而采取相应措施加以解决。
喷雾干燥工艺示意图二、延缓喷雾干燥粘壁的方法对于延缓喷雾干燥粘壁，国内外学者专家在研究和生产等工作中，进行了大量研究。包括用数学模拟技术分析干燥粘壁成因[8]，分析蒸发强度与粘壁关系[9]，从喷雾干燥技术方面对粘壁进行展望[10]，针对某种具体工艺解决喷雾干燥物料粘壁问题[11,12]等，根据这些研究与报告，在生产中通常采用以下途径及方法。1、半湿物料粘壁的解决途径1.1、改良干燥塔的结构与材质　在塔体设计时，为了防止物料粘壁，可以有意识地适当加大塔壁直径，使半干物料碰不到壁面就向下掉落。这个办法有缓解粘壁的作用，但塔径不宜过大，否则不仅增加设备材料费和设备占地面积，还会降低热风在塔内的运行速度,影响干燥质量[13]。喷雾干燥塔塔体多由不锈钢、碳钢或钢筋混凝土制成，这些材料均有亲水性，易被湿物料粘附而结疤。如在喷雾干燥塔易结疤的区域内衬接触角大于90 ℃的疏水性材料，特别是高分子材料，可有效地减少喷雾干燥塔结疤的机率[14]。1.2、合理选择雾化器　雾化器又称喷嘴，是喷雾干燥设备的关键部件，其结构的不同直接影响液体雾化分散效果，进而影响微粒的粒径和性能，从而达到少粘或不粘塔壁的效果。1.3、雾化器的正确安装　喷嘴产生的标准喷雾图形是一个和喷嘴轴线对称的空心锥，雾滴应均匀分布在喷雾锥中。如果喷雾塔中只安装一个喷嘴,则喷嘴的轴线要安装在塔的中心线上，即二者重合。如果需要安装多个喷嘴，则各喷嘴雾矩间不能重叠，通过调节喷射角度使雾滴不要直接喷射到对面的壁上。喷嘴的振动也是产生粘壁的一个原因,对于旋转式雾化器，运转时特别要防止振动。1.4、选用适宜的操作工艺条件　提高进风口温度可以增大液滴的蒸发强度，使液滴在接触塔壁之前表面就已经固化，可有效地减少粘壁损失，提高产品收率。此外，温度对颗粒粒径有较大影响，温度较低时，溶液雾滴达到过饱和的时间延长，瞬间成核速度降低，成核数量减少，因此，所得微粒粒径增大，导致干燥时间延长。进风口温度维持不变时，提高出风口温度可以缩小进出口温度差，提高热空气在塔内的平均温度，加快干燥速率，有效防止粘壁现象[15]。1.5、热风在塔内的运动状态热风在塔内的运动状况直接影响粘壁状况。热空气涡流容易发生粘壁现象，热空气进入干燥塔时，若采用"旋转风"和"顺流风"相结合的方法，在空气流吹动下，可防止雾滴接触器壁。佛明义等[16]在解决石油化工产品喷雾干燥粘壁问题时，采用了顺流风和夹带少量团粒的旋转风相结合的方法，当二者流量分别为180m3/h和120m3/h时，即二者比值为1.5时，塔壁冲刷干净，取得了满意效果。2、低熔点物料粘壁的解决途径2.1、控制热风温度　如果物料熔点不是很低，可以采取限制塔内最高温度分布区不超过物料的熔点的办法克服粘壁。根据这一特点，采用并流操作为宜[4]。2.2、夹套冷却法　用冷空气冷却塔内壁，保持壁温低于物料熔点，可以避免低熔点物料的热熔性粘壁。2.3、添加辅料法　低熔点物料粘壁在中药浸膏的喷雾干燥过程中较为常见，如果在浸膏中加入适当辅料， 如糊精、淀粉等，可使喷雾干燥顺利进行[16]。2.4、低温喷雾干燥法　在实际工作中，一步造粒中药干燥塔的干燥工艺则是采用此种方式。3、干粉表面粘附(或称表面附灰)去除方法3.1、采用冷空气吹扫在塔筒切线方向引入冷空气，吹扫易发生粘壁的部位。也可以沿塔内壁安装一根可以旋转的喷气管，经过过滤的空气通过风机送入吹扫杆内，依靠其在干燥室内围绕塔壁旋转并同时上下运动进行吹扫，以此减少因干粉末附着所引起的粘壁现象。3.2、添加填料法　添加流动性好的填料可以减轻粘壁。休止角﹤ 30°的干粉物料流动性能良好。3.3、消除静电法　喷雾塔以及颗粒带电均能增加干粉的粘附，对干燥塔作好接地，使生产过程中粉粒之间、粉粒与塔体内壁之间摩擦而产生的静电得以导出，可以防止静电吸附现象的产生[ 17] 。最后顺便提一下清除粘壁物料的方法。常用的方法如下:震动法(同歇的手动,间歇或连续的电动或气动)、空气吹扫法、转动刮刀连续清除法、转动的链条清除法、针对粘壁部位,特设置电动或气动刷子间歇清除法[5]。三、结论　喷雾干燥粘壁是一个常见现象，对产品质量、产量均有不利影响。物料粘壁主要存在3种情况：半湿物料粘壁、低熔点物料的热熔性粘壁、干粉表面附着(或称表面附灰)。本文主要分析了上述3种类型粘壁现象产生的原因,并针对性地提出了解决措施。不过，针对每一种物料性质更有差异、运行工况也各不相同的情况，具体问题具体分析，争取找到经济实用的方式。